TITEL DER ERFINDUNG

„Sensor mit kurzer Ansprechzeit"

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor mit kurzer Ansprechzeit, und genauer gesagt auf einen gegen äußere Einflüsse durch einen Mantel aus Metall geschützten Sensor.

STAND DER TECHNIK

Aus der Offenlegungsschrift der DE 35 13 441 Al ist ein Temperaturmessfühler bekannt, bei dem mit einem Paar von Thermoelementen verbundene Anschlussleitungen in einem Schutzgehäuse untergebracht sind. Die Thermoelemente sind durch eine auf das Schutzgehäuse aufgesetzte Schutzkappe von der zu messenden Atmosphäre abgeschirmt. Dabei ist es möglich, die Schutzkappe mit einem Gewinde zu versehen und diese auf das Schutzgehäuse aufzuschrauben oder aber die Schutzkappe auf das Schutzgehäuse aufzusetzen und mit diesem zu verschweißen. Die Thermoelemente sowie die Anschlussleitungen werden durch Isolationsbauteile

innerhalb des Schutzgehäuses voneinander getrennt gehalten, die in das Schutzgehäuse eingeschraubt sind.

Um die Ansprechzeit bei dem oben beschriebenen Aufbau des Temperaturmessfühlers zu verkürzen, müssen möglichst dünne, filigrane Bauteile eingesetzt werden. Diese verlangen ein umständliches und handarbeitsintensives Zusammensetzen der einzelnen Bauteile mit vielen Einzel- und

Zwischenschritten. Dadurch wird ein Herstellungsprozess des Temperaturmessfühlers teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor mit kurzer Ansprechzeit bereitzustellen, der durch wenige Herstellungsschritte einfach hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Sensor gemäß der Erfindung weist einen Isolierstoffkörper auf, der Leitungen aufnimmt, die mit mindestens einem an der Außenfläche des Isolierstoffkörpers freiliegenden Messelement verbunden sind. Die Leitungen sind dabei gegeneinander und gegenüber der Außenhülle elektrisch isoliert, wobei diese vorzugsweise im Inneren des Isolierstoffkörpers auf eine Weise so angeordnet sind, dass sie sich nicht berühren. Es ist auch möglich, dass die Leitungen an der Außenseite des Isolierstoffkörpers, d.h. an dessen Außenumfang angeordnet sind. Sie können dabei auch teilweise in dem Isolierstoffkörper eingebettet sein.

Vorzugsweise ist das vorhergehend genannte Messelement ein bekannter Temperaturfühler, d.h. ein bekanntes Thermoelement oder ein bekanntes Widerstandselement . Beispielsweise ist das Messelement ein PTIOO-Sensor, ein

NTC-Widerstandselement (Heißleiterelement) , ein PTC- Widerstandselement (Kaltleiterelement) oder ein spezifisches Halbleiterelement, deren Widerstände sich jeweils temperaturabhängig verändern. Diese

Widerstandsänderung, die eine änderung der an den Leitungen anliegenden Spannung oder des durch die Leitungen fließenden Stroms bewirkt, kann gemessen und die sich daraus ergebende Temperatur ermittelt werden.

Der Isolierstoffkörper besteht vorzugsweise aus einem Keramikmaterial, wie z.B. einem gepressten Keramikpulver, Glas oder Porzellan, kann aber darüber hinaus aus jedem anderen elektrisch isolierenden Material bestehen.

Als Außenhülle weist der Sensor eine atomar abgeschiedene Metallschicht mit einem vorzugsweise homogenen Gefüge auf, die den Isolierstoffkörper vorzugsweise formgenau und mindestens abschnittsweise umgibt. Die Schicht wird dabei vorzugsweise in einem durchgehenden Abscheidungsvorgang abgeschieden. Das Messelement ist von der auf diese Weise ausgebildeten Außenhülle vollständig bedeckt und kann mit dieser in direktem Kontakt stehen. Das Messelement kann auch in diese Außenhülle vollständig oder teilweise eingebettet sein. Als Verfahren zum atomaren Abscheiden von Metall an Oberflächen sind verschiedene Verfahren anwendbar, wie z.B. ein elektrochemisches

Abscheidungsverfahren (z.B. Galvanisieren), ein chemisches Gasabscheidungsverfahren (CVD) oder ein physikalisches Gasabscheidungsverfahren (PVD) . Diese Verfahren haben alle gemeinsam, dass eine Metallschicht mit einer sehr dünnen Schichtdicke an einem Gegenstand ausgebildet werden kann. Die Schichtdicke bei dem erfindungsgemäßen Sensor ist vorzugsweise kleiner als 500μm, kann aber auch kleiner als lOOμm sein.

Durch die Verwendung des Isolierstoffkörpers und der atomar abgeschiedenen Metallschicht können weitere physikalische Eigenschaften wie z. B. die Vibrationsfestigkeit oder die Schockfestigkeit des Sensors wesentlich gesteigert werden.

Der Sensor der Erfindung kann vorzugsweise ein reiner Temperatursensor sein, bei dem mindestens ein Temperaturfühler als Messelement sowie die damit verbundenen Leitungen von der dünnen Metallschicht gegen die Atmosphäre abgetrennt sind. Es ist darüber hinaus möglich, dass die Außenhülle den Isolierstoffkörper inklusive des Temperaturfühlers über die gesamte Länge des Isolierstoffkörpers umgibt.

Der Isolierstoffkörper kann auch teilweise oder vollständig in einem Gehäuse, wie z.B. einem Rohr angeordnet sein, das einen Teil der Außenhülle ausbildet. Der evtl. außerhalb des Rohrs angeordnete Teil des Isolierstoffkörpers bzw. das Ende des Rohrs, an dem der Isolierstoffkörper nach außen hin freiliegt, ist von der Metallschicht bedeckt, die damit den Rest der Außenhülle ausbildet.

Die auf eine der vorhergehend beschriebenen Verfahren abgeschiedene Außenhülle steht vorzugsweise mit dem Messelement in direktem Kontakt. Das bedeutet, dass das vor dem Abscheiden nach außen hin freiliegende Messelement durch das Abscheiden der Metallschicht von dieser bedeckt ist und mit dieser auf eine z.B. Wärme und/oder Elektrizität gut leitende Weise in Verbindung steht. Da es anhand der beschriebenen Abscheidungsverfahren möglich ist, eine geringe Schichtdicke auszubilden, ist es in dem Fall des Temperaturfühlers als Messelement möglich, dass eine Temperatur durch den Temperaturfühler beinahe unmittelbar mit vernachlässigbaren Wärmeverlusten an der Metallschicht gemessen werden kann. Dadurch wird die Genauigkeit der

Messung erhöht sowie die Ansprechzeit des Sensors erheblich verkürzt .

Durch die elektrische Leitfähigkeit der Außenhülle ist es möglich, die in dem Isolierstoffkörper liegenden Leitungen auf nur noch eine innenliegende Leitung zu beschränken, die den Messstrom zu dem Messelement hin oder von diesem weg leitet. Die andere zur Messung benötigte Leitung ist in diesem Fall durch die elektrisch leitende Außenhülle gebildet .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine geschnittene Teilansicht eines Sensors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

AUSFüHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFüHRUNGSBEISPIELS

Der in Fig. 1 dargestellte Sensor 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat ein Schutzrohr mit einem Schutzrohrmantel 41 mit großem Außendurchmesser und einem Fortsatz 42 mit kleinem Außendurchmesser, wobei der Schutzrohrmantel 41 einen größeren Außendurchmesser als der Fortsatz 42 aufweist. In dem Schutzrohrmantel 41 ist ein Isolierstoffkörper 3 angeordnet, der aus einem Isoliermaterial, wie z.B. Keramik, Glas oder dergleichen besteht. Das Schutzrohr ist bis zu dem äußeren bzw. distalen Rand des Fortsatzes 42 mit diesem Isoliermaterial gefüllt. Leitungen 23 sind in dem Isolierstoffkörper 3

eingebettet und stehen am äußeren Rand des Fortsatzes 42 über, so dass die Enden der Leitungen aus dem Isolierstoffkörper 3 hervorstehen.

Ein Messelement 11, in diesem Ausführungsbeispiel ein Temperaturmessfühler, steht über Anschlussleitungen 21 mit den Leitungen 23 in Verbindung, wobei die Anschlussleitungen 21 an Verbindungspunkten 22 mit den Enden der Leitungen 23 verbunden sind, beispielsweise durch Löten oder dergleichen. Die Leitungen 23 sind an ihrem anderen Ende mit einer Auswerteeinheit (nicht gezeigt) oder dergleichen verbunden, die die änderung des Messstrom oder der angelegten Spannung aufnimmt und ein entsprechendes Signal ausgibt.

Die außerhalb des Fortsatzes 42 angeordneten

Anschlussleitungen 21, die mit dem Messelement 11 verbunden sind, sind in einen elektrisch isolierenden Feststoff 5, wie z.B. Zement oder einer Polymer-Zement-Mischung eingebettet, wobei der Feststoff 5 entsprechend der Form des Schutzrohrs zu einer zylindrischen Form geformt ist. Das Messelement 11 liegt dabei nach Außen hin frei, d.h. es ist nicht in den Feststoff 5 eingebettet. Eine Außenhülle 43 aus einer dünnen Metallschicht ist in diesem Ausführungsbeispiel durch Galvanisieren auf den elektrisch isolierenden Feststoff 5 sowie auf den Fortsatz 42 so aufgebracht, dass der sich ausbildende zylindrische Außendurchmesser der Außenhülle 43 mit dem Außendurchmesser des Schutzrohrmantels 41 übereinstimmt. Das Messelement 11 des Sensors 1 ist so angeordnet, dass es nach dem Galvanisieren direkt mit der sich ausbildenden Außenhülle 43 verbunden ist. Die Außenhülle 43 wird hier in einem einzigen Galvanisiervorgang ausgebildet.

ABWANDLUNGEN DES BEVORZUGTEN AUSFüHRUNGSBEISPIELS

Der Sensor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist auf einen Temperatursensor begrenzt. Es kann jedoch jede andere Art von Sensor, wie z.B. ein Drucksensor mit einem Druckmesselement durch den vorhergehend beschriebenen Aufbau verwirklicht werden. Außerdem ist es möglich, eine Kombination von verschiedenen Sensoren zu einem multifunktionellen Sensor zusammenzufassen, wobei die entsprechenden Sensorelemente durch eine Metallschicht wie in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel geschützt sind.

Als Abwandlung des vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiels ist es zudem möglich, dass auf ein Schutzrohr verzichtet wird und der gesamte

Isolierstoffkörper 3 inklusive des Temperaturmessfühlers 11 mit einer durchgehenden dünnen, abgeschiedenen Metallschicht bedeckt ist. Dabei kann der Temperaturmessfühler 11 unter anderem in einem Hohlraum angeordnet und von der Metallschicht formschlüssig bedeckt sein, der in dem Isolierstoffkörper 3 zu dessen Außenseite hin offen ausgebildet ist.

Die Form des Sensors 1 ist nicht auf die vorhergehend beschriebene zylindrische Form begrenzt. Jede andere geometrische Form ist denkbar, beispielsweise eine Stabform oder eine viereckige Form, da sich die ausgebildete Metallschicht an jede Oberflächenform anlegen kann.

Der Sensor 1 kann auch in einer Plattenform ausgebildet sein, so dass der Sensor 1 unter Verwendung eines weiteren Bauteils an einer Messstelle fixiert werden kann. Bspw. kann der plattenartige Sensor 1 durch eine überwurfmutter und unter Verwendung entsprechender Dichtkörper an ein Rohr angeschraubt werden, dessen Innentemperatur gemessen werden soll .

Des Weiteren können der Fortsatz 42 des Schutzrohrs sowie der elektrisch isolierende Feststoff 5 in einer weiteren Abwandlung weggelassen werden. Die Anschlussleitungen 21 sind dabei verkürzt bzw. das Messelement 11 ist direkt mit den Leitungen 23 verbunden. Dadurch ist es möglich, dass die Metallschicht den verbleibenden Schutzrohrmantel 41 und die zu dessen Außenseite hin freiliegende Oberfläche des Isolierstoffkörpers 3 formgenau bzw. formschlüssig abdecken kann .

Es ist darüber hinaus möglich, dass nur eine Leitung 23 im Inneren des Isolierstoffkörpers 3 zu dem Messelement 11 hin verläuft und mit diesem verbunden ist, während die Außenhülle 43, evtl. im Verbindung mit dem Schutzrohr, als der zusätzliche, zur Messung notwendige Leiter dient.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehende ausführliche Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie kann in dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche modifiziert werden.